JPH06347819A

JPH06347819A - 空間光変調素子

Info

Publication number: JPH06347819A
Application number: JP13740093A
Authority: JP
Inventors: Junko Asayama; 純子朝山; Akio Takimoto; 昭雄滝本; Yukio Tanaka; 幸生田中; Koji Akiyama; 浩二秋山; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1994-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】少なくとも出力遮光膜と画素の裏面との間に
絶縁遮光層に覆われた形で遮光層を配置することによ
り、遮光の効果を維持することができ、しかも画素欠陥
の少ない空間光変調素子を提供する。【構成】透明絶縁性基板１の上に、透明導電性電極３
と、整流性を有する光導電層６とを順次積層する。光導
電層６の上に、第１及び第２の画素７、８と、液晶層５
を配向する配向膜１２とを順に配置する。この画素間
に、読み出し光１５に対する出力遮光膜１１を設ける。
軒形状をした第１及び第２の画素７、８と出力遮光膜１
１との間に、特定の波長域の光を吸収する遮光層９（例
えば、炭素粒子を含有する光重合型の高分子膜）を絶縁
遮光層１０（例えば、ポリイミド、ポリビニールアルコ
ールなどの高分子膜）に覆われた形で配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投写型ディスプレイ、
ホログラフィーテレビジョン又は光演算装置などに用い
られる空間光変調素子に関する。

【０００２】

【従来技術】大画面、高密度画素からなる高品位テレビ
が様々な方式で開発され実用化されている。中でも、従
来のブラウン管（ＣＲＴ）方式に代えて液晶技術を使っ
た投写型ディスプレイの開発が盛んである。ブラウン管
方式であると、高密度画素に対して画面の輝度が低下し
暗くなる。また、ブラウン管自身、大型化が困難であ
る。一方、トランジスタ駆動方式の液晶素子による投写
型ディスプレイ装置は有力な方法ではあるが、開口率が
大きくならないこと、素子が高価であること等の問題が
ある。また、ＣＲＴを光入力手段とする液晶ライトバル
ブは従来より素子形状が簡単でかつＣＲＴと液晶の利点
を組み合わせた装置として注目されている（特開昭６３
−１０９４２２号公報）。

【０００３】近年では、高感度なアモルファスシリコン
受光層と液晶とを組み合わせることにより、１００イン
チ以上の大画面で動画像を映し出すことが可能となっ
た。また、液晶材料として高速応答可能な強誘電性液晶
を用いることによって、さらに高速・高解像度の液晶ラ
イトバルブを実現することが可能となった。この液晶ラ
イトバルブは、強誘電性液晶の持つメモリー性と２値化
特性を使った次世代の並列演算装置、光コンピューティ
ング装置の核としても期待されている。

【０００４】ところで、液晶層と光導電層とからなる空
間光変調素子又は液晶ライトバルブにおいては、各画素
に相当する微小形状の金属反射膜に照射する読み出し光
が光導電層に到達すると、コントラストを低下させる原
因となる。このため、液晶層と光導電層とからなる空間
光変調素子又は液晶ライトバルブにおいては、遮光膜を
設けることが重要になる。

【０００５】液晶層と光導電層とからなる空間光変調素
子又は液晶ライトバルブにおいて、微小電極と遮光膜と
を設ける従来例として特開昭６２−４０４３０号、６２
−１６９１２０号の各公報がある。これらの素子におい
ては、遮光膜として、変調を受ける入射光が出力光に重
畳されるのを防止するための入力遮光膜と、読み出し光
が光導電層に漏れ込んでディスプレイのコントラストを
低下させるのを防止するための出力遮光膜との２種類が
必要である。これらの遮光膜が光導電層と反射層にあた
る微小電極との間に設けられる場合には、電気絶縁性の
膜が用いられる。但し、透明導電性電極上に直接設けら
れる場合には電気絶縁体である必要はない。

【０００６】一方、本発明者等は、遮光膜を形成する以
下の方法を提案している（特願平３−３４４５２１号、
特願平４−１２５８４６号、特願平４−１３６５８０
号、特願平４−１３６５８１号）。すなわち、光導電層
と、液晶層と、これらの層の間の同一平面内に設けら
れ、かつ微小形状に分割された金属反射膜（画素）とに
より構成される空間光変調素子において、金属の出力遮
光膜を前記微小形状の金属反射膜（画素）とは異なる平
面内に設ける。さらに、前記各々の分離された金属反射
膜（画素）の一部と前記出力遮光膜の一部とを有機高分
子膜を介して接触させる。そして、この有機高分子に、
特定の波長域の光を吸収する炭素、有機色素又は無機物
質を含有させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
が提案した上記空間光変調素子において、画素部を形成
するには、例えば以下のような方法を採ることができ
る。すなわち、まず、光導電層の上に微小形状に分割さ
れた画素を形成し、画素間の光導電層の一部にエッチン
グを施して溝部を形成する。次いで、炭素粒子を含有し
た高分子膜を塗布し、加熱した後に画素の表面が出現す
るまでドライエッチングを施す。

【０００８】しかし、このような方法を採用すると、画
素の表面上に高分子の残屑が残ってしまい、画素欠陥が
発生する虞れがある。また、溝部に抵抗の低い炭素粒子
のみが塊となって残ってしまうため、画素と出力遮光膜
とが短絡して画素欠陥を発生させる虞れがある。

【０００９】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、遮光の効果を維持することができ、しかも画素欠
陥の少ない空間光変調素子を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る空間光変調素子は、透明導電性電極を
具備した２枚の透明絶縁性基板で挟まれた領域に、整流
性を有する光導電層と、液晶層と、これらの層の間の同
一平面内に設けられ、かつ微小形状に分割された複数の
画素と、この平面とは異なる平面内に位置する金属の出
力遮光膜とを少なくとも備えた空間光変調素子であっ
て、少なくとも前記出力遮光膜と前記画素の裏面との間
に絶縁遮光層に覆われた形で遮光層を配置したことを特
徴とする。

【００１１】また、前記構成においては、絶縁遮光層が
高分子膜であるのが好ましい。

【００１２】

【作用】前記本発明の構成によれば、遮光層として炭素
粒子含有の高分子膜を用いる場合にも、炭素粒子によっ
て画素と出力遮光膜とが短絡することはないので、遮光
の効果を維持しながら画素欠陥の少ない空間光変調素子
を実現することができる。また、前記構成を備えた空間
光変調素子は、絶縁遮光層の材料となる高分子膜を基板
全面に塗布し、さらに高分子膜上に遮光層の材料となる
炭素粒子含有の高分子膜を塗布した後、全面を均一にド
ライエッチングすることにより、簡単に作製することが
できる。そして、この方法を採用すれば、画素の上には
炭素粒子含有の高分子が直接形成されないので、画素上
に炭素粒子を残すことなく高分子膜を完全に除去するこ
とができ、その結果、画素上の炭素粒子による画素欠陥
をも抑えることができる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。図１は本発明に係る空間光変調素子の一実
施例を示す断面図である。

【００１４】図１に示すように、透明絶縁性基板１（例
えば、ガラス）の上には、透明導電性電極３（例えば、
ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ_x）と、整
流性を有する光導電層６（例えば、ダイオード構造を有
するアモルファスシリコン半導体）とが順次積層されて
いる。また、光導電層６の上には、第１及び第２の画素
７、８（例えば、アルミニウム、クロム、チタン等の金
属薄膜）と、液晶層５を配向する配向膜１２（例えば、
ポリイミド等の高分子薄膜）とが順に配置されている。
また、この画素間には、読み出し光１５に対する出力遮
光膜１１（例えば、アルミニウム、クロム、チタン等の
金属薄膜）が設けられている。尚、出力遮光膜１１の設
けられる平面は第１及び第２の画素７、８の設けられる
平面の下部に位置しており、これにより遮光の効果を向
上させることができる。

【００１５】軒形状をした第１及び第２の画素７、８と
出力遮光膜１１との間には、特定の波長域の光を吸収す
る遮光層９（例えば、炭素粒子を含有する光重合型の高
分子膜）が絶縁遮光層１０（例えば、ポリイミド、ポリ
ビニールアルコールなどの高分子膜）に覆われた形で配
置されており、これにより遮光の効果をさらに向上させ
ることができる。また、このように遮光層９を絶縁遮光
層１０で覆った形で配置したので、炭素粒子によって第
１及び第２の画素７、８と出力遮光膜１１とが短絡する
ことはなく、その結果、画素欠陥の少ない空間光変調素
子を実現することができる。

【００１６】液晶層５は、スペーサーとして分散された
ビーズによってそのセル厚が制御される。また、対向側
の透明導電性電極４の上にも配向膜１３が一様に成膜さ
れている。尚、図１において、２は透明絶縁性基板（例
えば、ガラス）である。

【００１７】本空間光変調素子１９の駆動は、両透明導
電性電極３、４間にパルス電圧を印加することによって
なされる。そして、光導電層６が成膜されている透明絶
縁性基板１側からの書き込み光（入力光）１４によって
光導電層６に情報が書き込まれる。書き込み光１４の強
度に応じて光導電層６の電気抵抗が減少し、第１及び第
２の画素７、８と対向する透明導電性電極４とに挟まれ
た液晶層５に印加される電圧が増大する。この電圧の大
きさに応じて液晶層５の配向が変化する。この液晶層５
を通過する直線偏光の読み出し光１５は、第１及び第２
の画素７、８で反射し再び液晶層５を通過した後、検光
子１７を通り、出力光１８としてその強度変化が読み出
される。尚、図１において、１６は偏光子である。

【００１８】光導電層６に使用する材料としては、例え
ば、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、
ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ等の
化合物半導体、Ｓｅ、ＳｅＴｅ、ＡｓＳｅ等の非晶質半
導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ_1-xＣ_x、Ｓｉ_1-xＧｅ_x、Ｇ
ｅ_1-xＣ_x（０＜ｘ＜１）等の多結晶又は非晶質半導
体、また、（１）フタロシアニン顔料（以下、Ｐｃと略
す）、例えば、無金属Ｐｃ、ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ、Ｎｉ、
Ｃｏ、ＴｉＯ、Ｍｇ、Ｓｉ（ＯＨ）₂など）、ＡｌＣｌ
ＰｃＣｌ、ＴｉＯＣｌＰｃＣｌ、ＩｎＣｌＰｃＣｌ、Ｉ
ｎＣｌＰｃ、ＩｎＢｒＰｃＢｒなど、（２）モノアゾ色
素、ジスアゾ色素等のアゾ系色素、（３）ペニレン酸無
水化物及びペニレン酸イミドなどのペニレン系顔料、
（４）インジゴイド染料、（５）キナクリドン顔料、
（６）アントラキノン類、ピレンキノン類などの多環キ
ノン類、（７）シアニン色素、（８）キサンテン染料、
（９）ＰＶＫ／ＴＮＦなどの電荷移動錯体、（１０）ビ
リリウム塩染料とポリカーボネイト樹脂から形成される
共晶錯体、（１１）アズレニウム塩化合物など有機半導
体等がある。

【００１９】また、非晶質のＳｉ、Ｇｅ、Ｓｉ
_1-xＣ_x、Ｓｉ_1-xＧｅ_x、Ｇｅ_1-xＣ_x（以下、ａ−
Ｓｉ、ａ−Ｇｅ、ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x、ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ
_x、ａ−Ｇｅ_1-xＣ_xのように略す）を光導電層６とし
て使用する場合には、水素又はハロゲン元素を含めても
よく、誘電率を小さくしたり抵抗率を増加させるために
酸素又は窒素を含めてもよい。また、抵抗率を制御する
ために、ｐ型不純物であるＢ、Ａｌ、Ｇａなどの元素、
又はｎ型不純物であるＰ、Ａｓ、Ｓｂなどの元素を添加
してもよい。このように不純物を添加した非晶質材料を
積層してｐ／ｎ型、ｐ／ｉ型、ｉ／ｎ型、ｐ／ｉ／ｎ型
などの接合を形成し、光導電層６内に空乏層を形成して
誘電率及び暗抵抗又は動作電圧極性を制御することもで
きる。また、このような非晶質材料だけではなく、上記
の材料を２種類以上積層してヘテロ接合を形成し、光導
電層６内に空乏層を形成してもよい。

【００２０】液晶層１５の液晶材料としては、強誘電性
液晶のカイラルスメクティックＣ液晶を用いるのが好ま
しい。液晶層１５の厚みは、反射型空間光変調素子の場
合であるので、約１μｍに設定するのが出力光のコント
ラスト比を高くできて好ましい。

【００２１】次に、上記構成を有する空間光変調素子の
製造方法を図２を参照しながら説明する。まず、５５ｍ
ｍ×４５ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板１の上に、スパ
ッタ蒸着法によってＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）
等の透明電極材料を０．０５μｍ〜０．５μｍの膜厚で
成膜し、透明導電性電極３を形成した（図２（ａ））。
次いで、プラズマＣＶＤ法によってｐ／ｉ／ｎダイオー
ド構造の水素化アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓ
ｉ；Ｈと略す）膜を２μｍ程度の膜厚で成膜し、光導電
層６を形成した（図２（ｂ））。ここで、ｐ層にはボロ
ンが４００ｐｐｍだけドーピングされており、ｎ層には
リンが５０ｐｐｍだけドーピングされている。また、ｐ
層の膜厚は１０００オングストローム、ｉ層の膜厚は
１．７μｍ、ｎ層の膜厚は２０００オングストロームで
ある。次いで、光導電層６の面上に、抵抗加熱蒸着法等
によってクロム等の金属膜を２０００オングストローム
の膜厚で成膜し、フォトリソグラフィーを用いて、画素
の大きさを２０μｍ×２０μｍ、ピッチを２５μｍとし
て、１０００×１０００画素の約２μｍ厚のレジストパ
ターンを形成した。次いで、過塩素酸等を含むエッチャ
ントによってエッチングした後、発煙硝酸によってレジ
ストを除去し、第１の画素７を形成した（図２
（ｃ））。次いで、第１の画素７をエッチングマスクと
し、酸素とフッ化炭素の混合ガスをマイクロ波を用いて
励起した異方性ドライエッチング法により、隣接する第
１の画素７、７間の光導電層（ａ−Ｓｉ；Ｈ膜）６に深
さ１．３μｍの溝部２６を設けた。尚、この際、第１の
画素７の下部の一部もアンダーエッチする（図２
（ｄ））。この後、基板全面に再びアルミニウムを３０
００オングストロームの膜厚で蒸着し、第２の画素８及
び出力遮光膜１１を形成した（図２（ｅ））。

【００２２】次いで、ポリアミック酸溶液をスピンコー
ト法によって塗布し、約９０℃の温度で３０分程度加熱
することにより、光導電層６、第１及び第２の画素７、
８、出力遮光膜１１を覆って絶縁遮光層１０を形成した
（図２（ｆ））。尚、イミド化は、後の工程の配向膜１
２、１３の形成時に約２００℃の温度で１時間程度加熱
することによって同時に行った。次いで、炭素粒子を含
有する光重合型の高分子膜２７を全面に塗布し（図２
（ｇ））、約２００℃の温度で約１０分間にわたって加
熱した後、第２の画素８の表面まで全面異方性ドライエ
ッチングを施すことにより、遮光層９を形成した（図２
（ｈ））。これにより、溝部２６においては、炭素粒子
含有の高分子膜である遮光層９が絶縁遮光層１０に覆わ
れた状態で残されることとなるので、第１及び第２の画
素７、８と出力遮光膜１１との短絡をなくして画素欠陥
を抑えることができる。また、図２（ｇ）の工程におい
て、第２の画素８の上には炭素粒子含有の高分子が直接
形成されないため、第２の画素８の上に炭素粒子を残す
ことなく高分子膜を完全に除去することができる。従っ
て、画素上の炭素粒子による画素欠陥をも抑えることが
できる。

【００２３】他方のガラス基板２の上にも、スパッタ蒸
着法によってＩＴＯ等の透明電極材料を０．０５μｍ〜
０．５μｍの膜厚で成膜し、透明導電性電極４を形成し
た。次いで、両基板上にポリアミック酸をスピンコート
法によって塗布し、２００℃の温度で約１時間にわたっ
て加熱することにより、膜厚が約２００オングストロー
ムのポリイミド高分子膜を形成した。次いで、強誘電性
液晶分子の配向が素子の厚さ方向と平行になるように配
向処理を施し、配向膜１２、１３を形成した。配向処理
（ラビング処理）はレーヨン樹脂布で表面を一定方向に
擦ることによって行った。次いで、光導電層６を積層し
た側のガラス基板１の上に、直径２．６μｍの樹脂製ビ
ーズを混合した熱硬化樹脂を、液晶注入の開口部を除い
て光導電層６の全体を包囲するようにスクリーン印刷し
た。次いで、他方のガラス基板２の上に、イソプロピー
ルアルコール中に分散させた直径１μｍの樹脂製等のビ
ーズをスプレーによって撒き、ビーズを全体に付着させ
た。次いで、これら一対のガラス基板を張り合わせて真
空袋に入れ、真空引きして密閉した後、内部を真空状態
に保ちながら約９０℃の雰囲気中で約３０分間加熱し、
さらに約１５０℃の雰囲気中で約２時間加熱し、熱硬化
樹脂を硬化させて、液晶パネルを作製した。そして、真
空状態で強誘電性液晶を約８０℃で加熱しながら、窒素
ガスの導入による加圧と毛管現象を利用して液晶パネル
の開口部から注入し、液晶パネルに強誘電性液晶を均一
に充填した。尚、強誘電性液晶分子を均一配向とするた
めに、この素子を恒温槽中で液晶相転移温度以上の、例
えば約９０℃まで加熱し、約０．２℃／分の徐冷速度で
室温に戻した後、液晶パネルの開口部を熱硬化樹脂で密
閉した。これにより、両基板間に、１μｍ厚の液晶層５
が形成され、図１の構造を有する空間光変調素子１９が
得られた。

【００２４】次に、以上のようにして作製した空間光変
調素子１９を投写型ディスプレイとして評価した。図３
に投写型ディスプレイ装置の模式図を示す。

【００２５】本実施例によって得られた空間光変調素子
１９に、ＣＲＴディスプレイ２０によって光書き込みを
行う。素子の画素数は縦４８０横６５０である。読み出
し用の光源２１（メタルハライドランプ）をコンデンサ
ーレンズ２２、偏光ビームスプリッタ２３を介して空間
光変調素子１９に照射する。出力像はレンズ２４で拡大
されスクリーン２５に映し出される。ＣＲＴディスプレ
イ２０上の各ドットが空間光変調素子１９の分離された
画素内に書き込まれると、スクリーン２５上では四角形
状に変換される。

【００２６】空間光変調素子１９の開口率は８０％と大
きく明るい画像が得られ、１００インチ相当の大きさに
拡大した像はスクリーン２５上で１０００ｌｍ以上の照
度を持つ。また、スクリーン２５上での画像のコントラ
スト比は２００：１、解像度は縦方向６５０本ＴＶライ
イ数であることが確認された。さらに、動画像を出力し
たところ、ビデオレートの動きに対して残像はなく、鮮
明な高輝度画像が得られた。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る空間
光変調素子の構成によれば、遮光層として炭素粒子含有
の高分子膜を用いる場合にも、炭素粒子によって画素と
出力遮光膜とが短絡することはないので、遮光の効果を
維持しながら画素欠陥の少ない空間光変調素子を実現す
ることができる。また、前記構成を備えた空間光変調素
子は、絶縁遮光層の材料となる高分子膜を基板全面に塗
布し、さらに高分子膜上に遮光層の材料となる炭素粒子
含有の高分子膜を塗布した後、全面を均一にドライエッ
チングすることにより、簡単に作製することができる。
そして、この方法を採用すれば、画素の上には炭素粒子
含有の高分子が直接形成されないので、画素上に炭素粒
子を残すことなく高分子膜を完全に除去することがで
き、その結果、画素上の炭素粒子による画素欠陥をも抑
えることができる。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【００２９】

【図１】本発明に係る空間光変調素子の一実施例を示す
断面図である。

【００３０】

【図２】本発明に係る空間光変調素子の一実施例の製造
方法を示す断面図である。

【００３１】

【図３】本発明に係る空間光変調素子を用いて作製した
投写型ディスプレイ装置の模式図である。

【００３２】

【符号の説明】

１、２透明絶縁性基板３、４透明導電性電極５液晶層６光導電層７第１の画素８第２の画素９遮光層１０絶縁遮光層１１出力遮光膜１２、１３配向膜１９空間光変調素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山浩二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藏富靖規大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川久仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明導電性電極を具備した２枚の透明絶
縁性基板で挟まれた領域に、整流性を有する光導電層
と、液晶層と、これらの層の間の同一平面内に設けら
れ、かつ微小形状に分割された複数の画素と、この平面
とは異なる平面内に位置する金属の出力遮光膜とを少な
くとも備えた空間光変調素子であって、少なくとも前記
出力遮光膜と前記画素の裏面との間に絶縁遮光層に覆わ
れた形で遮光層を配置したことを特徴とする空間光変調
素子。
【請求項２】絶縁遮光層が高分子膜である請求項１に
記載の空間光変調素子。